Pérdidas de fricción en tuberías

Pruebas dinámicas

Introducción 

El objetivo de este laboratorio es determinar las pérdidas primarias con flujo laminar, determinar el factor de fricción experimental del tubo y comparar el factor de fricción experimental con el teórico. 

Marco teórico 

Cuando un fluido circula a través de una tubería, su contenido total de energía va disminuyendo paulatinamente, debido a la intervención de las tensiones de corte provocadas por la viscosidad del fluido. Esta pérdida de energía recibe el nombre de pérdida primaria, se registra sólo en los tramos rectos de la tubería y tiene gran importancia en el comportamiento energético del fluido. La magnitud de las pérdidas en una tubería dada es bastante diferente si el flujo es laminar o es turbulento, por lo que es indispensable conocer previamente qué tipo de flujo se presenta en cada caso. 
El cálculo de las pérdidas se puede efectuar utilizando la ecuación de Darcy-Weisbach, que establece: 

Donde: 

hL= Pérdida primaria de energía (m) 

f= Factor de fricción 

L= Longitud de la tubería (m) 

V= Velocidad promedio en la sección transversal del conducto (m/s) 

g= Aceleración de la gravedad = 9,81 m/s^2

= Diámetro de la tubería (m) 

El factor de fricción es un parámetro adimensional que depende del número de Reynolds y la rugisidad relativa. La influencia de los dos parámetros sobre éste factor es distinta (cuantitativamente) dependiendo de si el flujo es laminar o turbulento, de tal manera que igualando la fórmula de pérdida de carga de régimen laminar (Hagen-Poiseuille) con la ecuación de Darcy. 

• Cuando el flujo es turbulento, el factor de fricción se calcula utilizando el diagrama de Moody, conociendo el valor de reynolds y la rugosidad relativa de la tubería 
• Cuando el flujo es laminar, el factor de fricción se calcula con la expresión: 

Ecuaciones 

• Reynolds :
  
• Factor de fricción: 

  (2)

 (3) (4)

(7)

• Pérdidas: 

 (5)

 (6)

 (8)

Procedimiento 

Se instalo el módulo HM 150, se comprobaron los niveles de agua y se modificaron las válvulas de tal forma que se pudiera obtener el flujo deseado y se conectaron las mangueras  para la medición de presión. Se puso en servicio la bomba, regulando la válvula de salida de la bomba para establecer un nivel constante en el rebosadero del depósito. Se registraron las alturas en las columnas de baja y alta presión para cada régimen y así mismo, se registró la presión obtenida para cada uno. Además, se tomo el caudal con el respectivo volumen y tiempo que gastaba en llevarse. 

Este proceso se repitió aumentando el caudal. 

Datos obtenidos 

Cálculos y resultados 

Para el cálculo del caudal se realizó de la siguiente forma:

Para el cálculo de las velocidades se realizó de la siguiente forma:

Para el cálculo del número de Reynolds se realizó usando la ecuación (1), Donde φ es el diámetro interior del tubo y υ es la viscosidad cinemática, por lo tanto reemplazando se obtiene:

 

Para el cálculo de las pérdidas primarias experimentales, se uso la ecuación (6)

Para el cálculo del factor de fricción teórico, se realizó usando la ecuación (4)

 

Para el cálculo del factor de fricción experimental, se realizó usando la ecuación (7)

El cálculo de las pérdidas primarias teóricas se hizo usando la ecuación (8)

Estos cálculos se repitieron para cada dato y se obtuvieron los siguientes resultados: 

De igual forma se hicieron los cálculos para el régimen turbulento y se obtuvieron los siguientes resultados pero usando la ecuación (2) para el calculo de f teórico: 

a

Análisis de resultados 

De acuerdo con la práctica de laboratorio anteriormente desarrollada y el presente informe de la misma, se puede llegar a concluir que en el desarrollo de esta se logró determinar las pérdidas primarias con flujo laminar tanto experimentales como teóricas, en donde se encontró que para el primer flujo estas pérdidas primarias experimentales fueron de 0,203m, 0,186m y 0,128 respectivamente; mientras que las pérdidas primarias teóricas fueron de 0,00047m, 0,00063m y 0,00058m respectivamente, tal como se muestra en la tabla de resultados. 

Sumado a esto se puede observar que el Reynolds da transitorio en todos los casos en lugar de ser laminar, esto puede ser producto del manejo inadeacuado de las válvulas. 

En cuanto al flujo turbulente se observa que efectivamente el Reynolds dió el resultado esperado, con factor de fricción de 0,032, 0,033 y 0,031, respectivamente. 
En las tablas de resultados se observa que los resultados experimentales se alejan de los resultados teóricos, esto puede ser debido al malo manejo de los instrumentos de medición y de otros factores que pueden alterarlo como el factor de fricción 

Conclusiones 

• Se pudo demostrar que al calcular las pérdidas por fricción, los accesorios, la velocidad y el caudal en forma teórica tanto como en las ecuaciones prácticas los resultados llegan hacer más precisos en los cálculos teóricos. Además la confiablidad de obtener un trabajo más preciso y eficaz. 
• Los cálculos obtenidos resultaron alejados de la teoría, sin embargo se puede concluir que las pérdidas por fricción son directamente proporcionales a la velocidad del fluido, ya que entre más velocidad tenga el fluido mayores serán las pérdidas primarias y el número de Reynolds es inversamente proporcional al factor de fricción.